Разработка проекта Северо-Европейского газопровода (СЕГ), предназначенного для поставок российского газа в Европу по дну Балтийского моря, началась в конце 1990-х годов. В декабре 2000 года решением Еврокомиссии СЕГ был присвоен статус "трансъевропейские сети" (TEN). В ноябре 2002 года правление "Газпрома" приняло решение о начале практической реализации проекта и утвердило план мероприятий.
8 сентября 2005 года в Берлине "Газпром" и немецкие компании BASF AG и E.On AG подписали соглашение о строительстве газопровода. Сообщалось, что суммарные инвестиции составят более €4 млрд. В ноябре для реализации проекта в швейцарском кантоне Цуг была зарегистрирована North European Gas Company (NEGP), доля "Газпрома" в которой составляла 51%, а немецких партнеров по 24,5%. 9 декабря у вологодского поселка Бабаево состоялась сварка первого стыка российского сухопутного участка СЕГ.
30 марта 2006 года комитет акционеров NEGP возглавил бывший канцлер ФРГ Герхард Шредер. В ноябре компания-оператор была переименована в Nord Stream AG, аналогичное название получил и газопровод. Тогда же был запущен процесс получения разрешений на прокладку трубы от природоохранных органов России, Финляндии, Швеции, Дании и Германии.
В марте 2008 года "Газпром" сообщил, что стоимость проекта увеличилась до €7,4 млрд. 20 июня 2008 года в состав акционеров Nord Stream вошла голландская Gasunie, получившая 9% акций. Доли немецких компаний сократились до 20%, у "Газпрома" остался 51%.
В ноябре 2009 года --- феврале 2010 года "Газпром" получил разрешения на прокладку трубы по дну Балтийского моря от всех стран-участниц. 9 апреля 2010 года в присутствии президента РФ Дмитрия Медведева началась сварка труб подводной части газопровода Nord Stream.
19 июня к консорциуму присоединилась французская энергетическая компания GDF Suez, получившая 9% акций за счет сокращения долей BASF и E.On до 15,5% каждой. 6 мая 2011 года премьер Владимир Путин сообщил, что прокладка первой нитки газопровода мощностью 27 млрд кубометров по дну моря завершена, вторую планируется построить к 2012 году.